(57)【要約】  本発明は、吸込口に連通する上段ポンプ室と、吐出口に連通する下段ポンプ室とを含む複数のポンプ室と；前記複数のポンプ室の内部にそれぞれ収容される複数のロータと；前記ロータの回転軸であるロータシャフトと；前記ロータシャフトの軸心方向に対して交差し、前記下段ポンプ室に隣接し、通気孔が形成された側面と；を備えるセンターシリンダと、前記通気孔を含む前記側面を覆うことにより空間を形成するサイドカバーと、を備えるドライポンプを提供する。
2011019048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライポンプであって、
吸込口に連通する上段ポンプ室と、吐出口に連通する下段ポンプ室とを含む複数のポンプ室と；
前記複数のポンプ室の内部にそれぞれ収容される複数のロータと；
前記ロータの回転軸であるロータシャフトと；
前記ロータシャフトの軸心方向に対して交差し、前記下段ポンプ室に隣接し、通気孔が形成された側面と；
を備えるセンターシリンダと、
前記通気孔を含む前記側面を覆うことにより空間を形成するサイドカバーと、
を備えることを特徴とするドライポンプ。
【請求項２】
前記通気孔は、互いに内圧が異なる前記複数のポンプ室のうち、最も高圧なポンプ室と前記空間とを連通させる
ことを特徴とする請求項１に記載のドライポンプ。
【請求項３】
前記空間は、前記サイドカバーに形成された凹部と、前記側面とで区画されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のドライポンプ。
【請求項４】
前記空間は、前記側面に形成された凹部と、前記サイドカバーとで区画されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のドライポンプ。
【請求項５】
前記サイドカバーの外面には、凹凸部が形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のドライポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容積移送型のドライポンプに関する。
本願は、２００９年８月１４日に、日本に出願された特願２００９−１８７９７４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
排気を行うためドライポンプが利用されている。ドライポンプは、ロータをシリンダ内に収容したポンプ室を備えている。ドライポンプは、シリンダ内でロータを回転させることにより、排気ガスを圧縮して移動させ、吸込口に設けられた密閉された空間を減圧するように排気を行う（例えば、特許文献１参照）。特に、中真空または良好な真空が密閉された空間において得られるように排気を行なう場合には、センターシリンダ内に、複数のポンプ室を形成し、この複数のポンプ室を、排気ガスの吸込口から吐出口に向けて直列に接続した多段式ドライポンプが利用されている（例えば、特許文献２参照）。【０００３】
ドライポンプを運転すると、排気ガスがポンプ室で圧縮されて発熱し、シリンダの温度が上昇する。例えば、多段式ドライポンプは、一般的に良好な到達圧力を得ようとした場合、到達圧力に近い大気側（吐出側）ポンプ室に配置されたポンプ室の内圧が、真空側に配置されたポンプ室の内圧よりも高くなる。このため、大気圧側に配置されたポンプ室における発熱量が大きくなる。【０００４】
このため、例えば、外周気体流路を冷却液槽によって冷却し、この外周気体流路を流れるガスの一部をポンプ室に導入するための逆流口を形成した多段式ドライポンプが知られている（例えば、特許文献３参照）。このようなポンプ室の冷却方式は逆流冷却と称され、冷却液槽によって冷却されたガスの一部をポンプ室に導入する（逆流させる）ことによって、ポンプ室の温度上昇を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００４−５０６１４０号公報
【特許文献２】特開２００３−１６６４８３号公報
【特許文献３】特開平８−１００７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したような逆流冷却方式の多段式ドライポンプは、外周気体流路とポンプ室との間に逆流口を形成する必要があり、センターシリンダの構造が複雑になるため、製造コストが高く、メンテナンスに必要な作業負担が増加するという課題があった。【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、局部的な温度の不均一を低減することにより、排気効率を高めることが可能なドライポンプを、低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は次のようなドライポンプを提供する。
すなわち、本発明のドライポンプは、吸込口に連通する上段ポンプ室と、吐出口に連通する下段ポンプ室とを含む複数のポンプ室と；前記複数のポンプ室の内部にそれぞれ収容される複数のロータと；前記ロータの回転軸であるロータシャフトと；前記ロータシャフトの軸心方向に対して交差し、前記下段ポンプ室に隣接し、通気孔が形成された側面と；を備えるセンターシリンダと、前記通気孔を含む前記側面を覆うことにより空間を形成するサイドカバーと、を有する。【０００９】
本発明のドライポンプにおいては、前記通気孔が、互いに内圧が異なる前記複数のポンプ室のうち、最も高圧なポンプ室と前記空間とを連通させてもよい。
本発明のドライポンプにおいては、前記空間が、前記サイドカバーに形成された凹部と、前記側面とで区画されてもよい。
本発明のドライポンプにおいては、前記空間が、前記側面に形成された凹部と、前記サイドカバーとで区画されてもよい。
本発明のドライポンプにおいては、前記サイドカバーの外面に凹凸部が形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
ドライポンプは、ロータの圧縮仕事等によって発熱する。そして、それぞれのポンプ室の発熱量は、一般的に良好な到達圧力を得ようとした場合、到達圧力に近い大気側（吐出側）ポンプ室ほど内圧が高くなる。本発明のドライポンプでは、ポンプ室に流入したガスの一部は、センターシリンダの側面に形成された通気孔を介して、サイドカバーとセンターシリンダの側面との間に形成された空間（気密室）に流入する。【００１１】
サイドカバーは広い面積で外気に接しているので、空間内の熱は速やかにサイドカバーによって放熱される。すなわち、ポンプ室に流入したガスの一部を空間内に流入させることで、発熱の多いポンプ室の温度上昇を効果的に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のドライポンプの一例を示す側面断面図である。
【図２】本発明のドライポンプの一例を示す正面断面図である。
【図３】本発明のドライポンプの変形例を示す正面断面図である。
【図４】本発明のドライポンプの変形例を示す側面断面図である。
【図５Ａ】吸入口圧力と排気速度との関係を示すグラフである。
【図５Ｂ】吸入口圧力と動力との関係を示すグラフである。
【図５Ｃ】吸入口圧力とポンプ温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るドライポンプの実施形態について、図面に基づき説明する。ここでは、本発明の実施形態を、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明する。本発明の技術範囲は下記の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。また、以下の説明で用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
【００１４】
図１は、本発明のドライポンプを示す側面断面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ線に沿って得られる正面断面図である。多段式のドライポンプ１は、センターシリンダ３０と、このセンターシリンダ３０の両側面３０ａ，３０ｂにそれぞれ固定されるサイドカバー４４（第１サイドカバー）、副サイドカバー４６（第２サイドカバー）とを備えている。センターシリンダ３０には、シリンダ３１，３２，３３，３４，３５が形成されている。
【００１５】
ドライポンプ１は、互いに厚さが異なる複数のロータ２１，２２，２３，２４，２５が、それぞれシリンダ３１，３２，３３，３４，３５に収容される。そして、ロータシャフト２０の軸心方向Ｌに沿って複数のポンプ室１１，１２，１３，１４，１５が形成されている。
【００１６】
図２に示されるように、ドライポンプ１は、一対のロータ２５ａ，２５ｂと、一対のロータシャフト２０ａ，２０ｂとを備えている。一対のロータ２５ａ，２５ｂは、一方のロータ２５ａ（第１のロータ）の凸部２９ｐと他方のロータ２５ｂ（第２のロータ）の凹部２９ｑとが噛み合うように配置されている。ロータ２５ａ，２５ｂは、ロータシャフト２０ａ，２０ｂの回転に伴って、シリンダ３５ａ，３５ｂの内部で回転する。一対のロータシャフト２０ａ，２０ｂの各々を互いにに逆方向に回転させると、ロータ２５ａ，２５ｂの各々の凸部２９ｐの間に配置されたガスが、シリンダ３５ａ，３５ｂの内面に沿って移動しつつ圧縮される。
【００１７】
ロータシャフト２０の軸心方向Ｌに沿って、複数のロータ２１〜２５が配置されている。各ロータ２１〜２５は、ロータシャフト２０の外周面に形成された溝部２６に係合して、周方向および軸心方向Ｌへの移動が規制されている。各ロータ２１〜２５が、それぞれシリンダ３１〜３５に収容されて、複数のポンプ室１１〜１５が構成されている。各ポンプ室１１〜１５は、排気ガスの吸込口５から吐出口６に向けて直列に接続され、多段式のドライポンプ１が構成されている。
【００１８】
複数のポンプ室１１〜１５のうち、吸込口５に連通する第１段ポンプ室（上段ポンプ室）１１が真空側、即ち低圧側である。また、吐出口６に連通する第５段ポンプ室（下段ポンプ室）１５が常圧側、即ち高圧側である。また、第１段ポンプ室１１（上段ポンプ室）と第５段ポンプ室１５（下段ポンプ室）との間には、第２段ポンプ室１２（中段ポンプ室）、第３段ポンプ室１３（中段ポンプ室）、及び第４段ポンプ室１４（中段ポンプ室）が設けられている。この構成においては、吸込口５（真空側、低圧段）の第１段ポンプ室１１から吐出口６（大気側、高圧段）の第５段ポンプ室１５に向けて、排気ガスが圧縮されて圧力が上昇するので、ポンプ室の排気容量は段階的に小さくされる。具体的に、真空側の第１段ポンプ室１１において圧縮されたガスは、第２段ポンプ室１２に流動する。第２段ポンプ室１２において圧縮されたガスは、第３段ポンプ室１３に流動する。第３段ポンプ室１３において圧縮されたガスは、第４段ポンプ室１４に流動する。第４段ポンプ室１４において圧縮されたガスは、第５段ポンプ室１５に流動する。第５段ポンプ室１５において圧縮されたガスは、吐出口６から排気される。従って、吸込口５から供給されたガスは、ポンプ室１１〜１５を通じて徐々に圧縮されて、吐出口６から排気される。
【００１９】
ポンプ室１１〜１５の排気容量は、ロータの掻き出し容積および回転数に比例する。ロータの掻き出し容積はロータの葉数（ブレードの数、凸部の個数）および厚さに比例するため、低圧段ポンプ室１１から高圧段ポンプ室１５に向けて、厚さが除所に薄くなるようにロータの厚さが設定されている。なお、本実施形態におけるドライポンプ１では、第１段ポンプ室１１が後述する自由ベアリング５６側に、第５段ポンプ室１５が固定ベアリング５４側に配置されている。
【００２０】
シリンダ３１〜３５は、センターシリンダ３０の内部に形成されている。センターシリンダ３０の軸心方向Ｌの端部３０ａにサイドカバー４４が、また、センターシリンダ３０の端部３０ｂに副サイドカバー４６が、それぞれ固定されている。これら一対のサイドカバー４４，副サイドカバー４６には、それぞれベアリング５４，５６が固定されている。
【００２１】
サイドカバー４４に固定された第１ベアリング５４は、アンギュラ軸受け等の軸心方向のあそびが小さいベアリングであり、ロータシャフトの軸心方向の移動を規制する固定ベアリング５４として機能する。サイドカバー４４に固定されるモータハウジング４２は、固定ベアリング５４の潤滑油５８を保持しているのが好ましい。副サイドカバー４６に固定された第２ベアリング５６は、玉軸受け等の軸心方向のあそびが大きいベアリングであり、ロータシャフトの軸心方向の移動を許容する自由ベアリング５６として機能する。固定ベアリング５４はロータシャフト２０の中央部付近を回転自在に支持し、自由ベアリング５６はロータシャフト２０の端部付近を回転自在に支持している。
【００２２】
自由ベアリング５６を覆うように、副サイドカバー４６にキャップ４８が装着されている。キャップ４８の内側は、自由ベアリング５６の潤滑油５８を保持しているのが好ましい。一方、サイドカバー４４にはモータハウジング４２が固定されている。
【００２３】
モータハウジングの内側には、ＤＣブラシレスモータ等のモータ５２が配置されている。モータ５２は、一対のロータシャフト２０ａ，２０ｂのうち、一方のロータシャフト２０ａ（第１のロータシャフト）のみに回転駆動力を付与する。他方のロータシャフト２０ｂ（第２のロータシャフト）には、モータ５２と固定ベアリング５４との間に配置されたタイミングギア５３を介して、回転駆動力が伝達される。
【００２４】
センターシリンダ３０の外周部分には、冷媒通路３８が形成されている。冷媒通路３８には、例えば冷媒として水が流され、ポンプ室１２〜１５を冷却させる。
【００２５】
サイドカバー４４には、センターシリンダ３０の側面３０ａに接する面から、ロータシャフト２０の軸心方向Ｌに向けて凹部６１が形成されている。サイドカバー４４は、この凹部６１より外側、即ち周縁部でセンターシリンダ３０の側面３０ａに固定される。こうした構成によって、サイドカバー４４と、センターシリンダ３０の側面３０ａとの間には、凹部６１およびセンターシリンダ３０の側面３０ａとで区画された所定の広さの空間６２（気密室）が形成される。
【００２６】
また、サイドカバー４４の外周面には、凹凸６５が形成されている。この凹凸６５は、サイドカバー４４の外周面の表面積を増加させる。そして、凹凸６５は、空間６２からサイドカバー４４に伝達された熱を放熱し、放熱性を高めている。即ち、外気が空間６２を冷却する効果を促進させる。
【００２７】
一方、センターシリンダ３０の側面３０ａには、空間６２に隣接するポンプ室１５と、空間６２との間を連通させる通気孔６３が形成される。この通気孔６３は、互いに内圧が異なる複数のポンプ室１１〜１５のうち、最も高圧側であるポンプ室１５と、空間６２との間でガスの一部を流出入可能にさせる。
【００２８】
このような通気孔６３は、センターシリンダ３０の側面３０ａに複数個形成されていれば良い。例えば、図２においては、吐出口６に近い領域において、２つの比較的小さな通気孔６３ａ，６３ｂと、それよりも大きな通気孔６３ｃの合計３つの通気孔６３が形成されている。
【００２９】
以上のような構成の本実施形態のドライポンプ１を運転すると、ドライポンプ１はロータの圧縮仕事等によって発熱する。そして、それぞれのポンプ室１１〜１５の発熱量は、高圧側（吐出側）に近いポンプ室ほど内圧が高くなることがあり、発熱量も大きくなる。即ち、ポンプ室１１からポンプ室１５に向かって発熱量が多くなり、高圧側である第５段ポンプ室１５が最も高温となることがある。
【００３０】
しかし、本実施形態のドライポンプ１では、第４段ポンプ室１４から第５段ポンプ室１５に流入したガスの一部は、センターシリンダ３０の側面３０ａに形成された通気孔６３を介して、サイドカバー４４とセンターシリンダ３０の側面３０ａとの間に形成した空間６２に流入する（図１の破線矢印Ｒ）。
【００３１】
サイドカバー４４は広い面積で外気に接し、更に凹凸６５を形成することによってサイドカバー４４の表面積が増加しているので、サイドカバー４４の凹部６１に生じた熱は速やかにサイドカバー４４によって放熱される。これにより、第５段ポンプ室１５に流入したガスの一部を空間６２に流入させることで、最も発熱の多い第５段ポンプ室１５の温度上昇を効果的に抑制することが可能になる。
【００３２】
しかも、こうした大気側（高圧段）の第５段ポンプ室１５の冷却は、凹部６１をもつサイドカバー４４により空間６２を形成し、センターシリンダ３０の側面３０ａと第５段ポンプ室１５との間に通気孔６３を開けるだけで実現できる。よって、大気側（高圧段）のポンプ室を確実に冷却可能なドライポンプを簡易な構成で低コストに実現することができる。
【００３３】
なお、通気孔６３の形成個数、および配置パターンは、大気側（高圧段）のポンプ室の昇温の度合いに応じて任意に選択されれば良い。例えば、図３に示すドライポンプ７０の変形例におけるセンターシリンダ７１の側面７１ａには、４つの比較的小さな通気孔７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄと、それよりも大きな通気孔７３ｅの合計５つの通気孔７３が形成されている。これにより、空間７６と大気側（高圧段）のポンプ室７７との間でガスの流通性を高め、ポンプ室７７の昇温抑制効果を高めている。
【００３４】
空間は、サイドカバーに凹部を形成する以外にも、例えば、センターシリンダの側面に凹部を形成することによっても実現できる。図４は、本発明の実施形態の変形例を示す側面断面図である。なお、図１に示す実施形態と同様の構成は同一の番号を附し、冗長な説明を略す。このドライポンプ８０では、センターシリンダ８１の一方の側面８１ａから、ロータシャフト２０の軸心方向Ｌに向けて凹部８２が形成されている。こうした構成によって、サイドカバー８４と、センターシリンダ８１の側面８１ａとの間には、凹部８２およびサイドカバー８４とで区画された所定の広さの空間８５が形成される。
【００３５】
一方、センターシリンダ８１の側面８１ａ、即ち凹部８２の底面には、空間８５に隣接するポンプ室１５と、空間８５との間を連通させる通気孔８７が形成される。このような構成のドライポンプ８０においても、第５段ポンプ室１５に流入したガスの一部を空間８５に流入させ、サイドカバー８４を介して放熱することができる。これにより、一般的に良好な到達圧力を得ようとした場合に最も発熱の多いポンプ室、例えば第５段ポンプ室１５の温度上昇を効果的に抑制することが可能になる。
【実施例】
【００３６】
本発明の効果を検証した実施例を以下に示す。本実施例として、図１，２に示すような、センターシリンダ３０の側面３０ａとサイドカバー４４との間に空間６２が形成され、且つ、隣接するポンプ室１５と空間６２との間を連通させる通気孔６３が形成されたドライポンプを用いた。なお、通気孔のサイズ（開口径）が大きいドライポンプと、小さいドライポンプとの２種類を用意した。
また、比較例として、本発明のような空間や通気孔などがない従来のドライポンプを用意した。【００３７】
こうした本発明例のドライポンプ（２種類）と、比較例のドライポンプとをそれぞれ運転し、吸入口の圧力を段階的に変化させて、排気速度、動力、ポンプ温度をそれぞれ測定した。こうした検証結果を図５Ａ〜図５Ｃに示す。【００３８】
図５Ａ〜図５Ｃに示す検証結果によれば、本実施例のドライポンプは、ポンプ室と空間とを連通させる通気孔を形成する事によって、動力およびポンプ温度を比較例のドライポンプよりも低減できることが確認された。特に、通気孔のサイズ（開口径）が大きいほど、その効果（冷却効果）も大きいことが確認された。一方で、通気孔を形成しても、排気速度は大きく低下しないことも確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、局部的な温度の不均一を低減することにより、排気効率を高めることが可能なドライポンプを、低コストで提供することができる。このため、本発明は産業上の利用可能性を十分に有する。
【符号の説明】
【００４０】
１  ドライポンプ
５  吸入口
６  吐出口
１１〜１５  ポンプ室
３０  センターシリンダ
３０ａ  側面
４４  サイドカバー
４６  副サイドカバー
６１  凹部
６２  空間（気密室）
６５  凹凸
【図１】
2011019048.tif 000003
【図２】
2011019048.tif 000004
【図３】
2011019048.tif 000005
【図４】
2011019048.tif 000006
【図５Ａ】
2011019048.tif 000007
【図５Ｂ】
2011019048.tif 000008
【図５Ｃ】
2011019048.tif 000009
【国際調査報告】
2011019048.tif 000010
2011019048.tif 000011